Le volcanisme a créé une 2ème atmosphère sur cette exoplanète de la taille de la Terre

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Concept d'artiste de l'exoplanète GJ 1132 b. Pour la première fois, des scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble ont trouvé des preuves d'une activité volcanique reformant l'atmosphère sur cette planète rocheuse, qui a une densité, une taille et un âge similaires à ceux de la Terre. De nouvelles observations de Hubble montrent la preuve d'une deuxième atmosphère qui a remplacé la première atmosphère primordiale de la planète. Image via NASA/ ESA/ R. Hurt (IPAC/ Caltech)/Site de Hubble.

Scientifiquesmentionnéle 11 mars 2021, que - pour la première fois - ils ont détecté unatmosphère secondairesur unexoplanèteen orbite autour d'une étoile lointaine. Ils ont utilisé leLe télescope spatial Hubblepour examiner l'exoplanète appeléeGJ 1132b, un monde rocheux de la taille de la Terre en orbite autour d'unétoile naine rouge41Années lumièreune façon. Des recherches antérieures ont révélé cette planète lointaine en 2015. La nouvelle étude suggère qu'après que la planète ait perdu son atmosphère d'origine en raison du rayonnement intense de son étoile, la planète a ensuite acquis une nouvelle atmosphère grâce au volcanisme.

Les théories astronomiques suggèrent que certaines exoplanètes devraient être capables de développer des atmosphères secondaires, mais il s'agit de la première détection confirmée.

LesÉvalués par les pairsles résultats seront publiés dans un prochain numéro deLe journal astronomique, mais une version pré-imprimée estdisponiblemaintenant sur arXiv.

GJ 1132 b est rocheux et similaire en taille et en âge à la Terre. Mais son atmosphère actuelle est assez différente de celle de la Terre. Cette exoplanète semble avoir une atmosphère composée d'hydrogène, de méthane et de cyanure d'hydrogène, ainsi qu'unbrume d'aérosol. Le monde rocheux que nous voyons maintenant est considéré comme le noyau restant d'une planète qui était autrefois ce que les astronomes appellent unsous-Neptune; c'est-à-dire qu'elle était autrefois plusieurs fois plus grande que la Terre. Les mondes classés par les astronomes terrestres comme des sous-Neptunes sont maintenant considérés comme assez communs, mais si l'on est trop près de son étoile, il risque de voir son atmosphère détruite par le rayonnement intense de l'étoile, ce qui est particulièrement courant chez les étoiles naines rouges.

Ainsi, on pense que l'épaisse atmosphère primordiale d'hydrogène et d'hélium entourant GJ 1132 b a été enlevée.

Graphique avec une longue ligne ondulée avec des sections intitulées aérosol, cyanure et méthane.

L'atmosphère de GJ 1132 b, telle qu'observée par le télescope spatial Hubble. Image via NASA/ ESA/ P. Jeffries (STScI)/Site de Hubble.



L'atmosphère de GJ 1132 b est maintenant apparemment assez toxique. La modélisation informatique suggère que la brume d'aérosol est basée sur la production photochimiquehydrocarbures, semblable au smog sur Terre.

Alors, comment cette nouvelle atmosphère s'est-elle développée ?

On pense que l'hydrogène dans l'atmosphère d'origine de cette exoplanète a été absorbé dans l'atmosphère de la planète.manteau, la couche de ce monde sous sa croûte mais au-dessus de son noyau. À l'intérieur du manteau, les scientifiques s'attendraient à trouver du magma en fusion. Cet hydrogène d'origine - absorbé dans le manteau - est maintenant libéré à nouveau, pensent ces scientifiques, par l'activité volcanique. CoauteurRaïssa Estreladu Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA a déclaré dans un communiqué :

C'est super excitant parce que nous pensons que l'atmosphère que nous voyons maintenant a été régénérée, donc cela pourrait être une atmosphère secondaire. Nous avons d'abord pensé que ces planètes fortement irradiées pouvaient être assez ennuyeuses car nous pensions qu'elles avaient perdu leur atmosphère. Mais nous avons examiné les observations existantes de cette planète avec Hubble et nous avons dit : « Oh non, il y a une atmosphère là-bas. »

SelonPaul Rimmerde l'Université de Cambridge au Royaume-Uni :

Cette deuxième atmosphère provient de la surface et de l'intérieur de la planète, et c'est donc une fenêtre sur la géologie d'un autre monde. Beaucoup de travail reste à faire pour bien regarder à travers, mais la découverte de cette fenêtre est d'une grande importance.

Toutes les planètes qui perdent leur atmosphère primordiale ne sont peut-être pas capables d'en générer de nouvelles, mais des planètes comme GJ 1132 b montrent que c'est effectivement possible. Beaucoup d'entre eux peuvent également être des sous-Neptunes, devenant beaucoup plus petits après la disparition de leurs atmosphères épaisses d'origine, qui rappellent les géantes de gaz et de glace de notre système solaire. Selon l'auteur principalMarc Swaindu JPL :

Combien de planètes terrestres ne commencent pas comme terrestres ? Certains peuvent commencer comme des sous-Neptunes, et ils deviennent terrestres grâce à un mécanisme qui photo-évapore l'atmosphère primordiale. Ce processus fonctionne tôt dans la vie d'une planète, lorsque l'étoile est plus chaude. Ensuite, l'étoile se refroidit et la planète est simplement assise là. Vous avez donc ce mécanisme où vous pouvez faire cuire l'atmosphère au cours des 100 premiers millions d'années, puis les choses se calment. Et si vous pouvez régénérer l'atmosphère, peut-être pourrez-vous la garder.

La Terre a également commencé avec une épaisse atmosphère d'hydrogène, mais son histoire est assez différente de celle de GJ 1132 b. La Terre n'a jamais été une sous-Neptune au départ, comme l'était GJ 1132 b. Une autre grande différence est que GJ 1132 b estverrouillé par les maréesà son étoile, ce qui signifie qu'elle garde toujours le même côté face à l'étoile, un peu comme la lune a toujours le même côté face à la Terre.

Homme barbu aux cheveux courts en chemise rouge sur fond gris uni.

Mark Swain du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA est l'auteur principal de la nouvelle étude. Image viaJPL.

Chauffage marémotriceà l'intérieur - résultant de la friction, lorsque l'énergie de l'orbite et de la rotation d'une planète est dispersée sous forme de chaleur à l'intérieur de la planète - est considérée comme responsable du volcanisme actif probable de la planète. Swain a dit :

La question est : qu'est-ce qui maintient le manteau suffisamment chaud pour rester liquide et alimenter le volcanisme ? Ce système est spécial car il a la possibilité de chauffer beaucoup de marée. L'orbite de GJ 1132 b est elliptique, de sorte que les forces de marée sont les plus fortes lorsque la planète est la plus éloignée et la plus proche de l'étoile. Cette compression et cet étirement de la planète génèrent. beaucoup de chaleur à l'intérieur. Si le manteau reste alors liquide, cela pourrait alimenter les volcans actifs.

Ce même phénomène peut être observé sur notre système solaire, comme avec des lunes comme Europe et Io autour de Jupiter, et Encelade autour de Saturne, par exemple. Un réchauffement de marée similaire maintient au moins partiellement les océans d'eau à l'intérieur d'Europe et d'Encelade. Io n'a pas d'océan souterrain, mais c'est le corps le plus volcaniquement actif de notre système solaire.

À part son atmosphère, nous ne savons pas encore grand-chose sur ce à quoi ressemble GJ 1132 b, mais les preuves montrent que sa croûte est probablement très mince, peut-être seulement des centaines de pieds d'épaisseur. C'est trop mince pour les volcans tels que nous les connaissons, mais la surface peut aussi être fissurée comme une coquille d'œuf, une autre similitude avec Europe. L'hydrogène et d'autres gaz pourraient alors encore être libérés à la surface de cette manière, s'échappant du manteau profondément en dessous.

Pour en savoir plus sur ce monde fascinant, il faudra des observations de suivi à partir de nouveaux télescopes comme le prochainTélescope spatial James Webb. Swain a dit :

Cette atmosphère, si elle est mince - c'est-à-dire si elle a une pression de surface similaire à celle de la Terre - signifie probablement que vous pouvez voir jusqu'au sol aux longueurs d'onde infrarouges. Cela signifie que si les astronomes utilisent le télescope spatial James Webb pour observer cette planète, il est possible qu'ils ne voient pas le spectre de l'atmosphère, mais plutôt le spectre de la surface. Et s'il y a des mares de magma ou du volcanisme, ces zones seront plus chaudes. Cela générera plus d'émissions, et ils examineront donc potentiellement l'activité géologique réelle, ce qui est passionnant !

Grande planète bleutée avec nuages ​​et petit soleil en arrière-plan.

Les scientifiques pensent que GJ 1132 b a commencé comme un monde sous-Neptune, comme dans le concept de cet artiste, mais a ensuite perdu son atmosphère en raison du rayonnement intense de son étoile. C'est maintenant une planète rocheuse de la taille de la Terre avec une nouvelle atmosphère générée par le volcanisme souterrain. Image via ESA/ Hubble/ M. Kornmesser/Radio-Canada.

Rimmer a ajouté :

Ce résultat est important car il donne aux scientifiques des exoplanètes un moyen de comprendre quelque chose sur la géologie d'une planète à partir de son atmosphère. Il est également important de comprendre où les planètes rocheuses de notre propre système solaire, Mercure, Vénus, la Terre et Mars, s'intègrent dans l'ensemble de la planétologie comparative, en termes de disponibilité d'hydrogène par rapport à l'oxygène dans l'atmosphère.

Autredécouvertes récentessuggèrent que, contrairement aux théories précédentes, toussuper-Terreles planètes – des mondes plus grands que la Terre mais plus petits que Neptune – ont commencé comme des sous-Neptunes. Au lieu de cela, ils se sont formés et sont restés des mondes rocheux. D'autres, comme GJ 1132 b, ont commencé leur vie en tant que sous-Neptunes, mais sont devenus plus tard des mondes super-terrestres, ou même des planètes de la taille de la Terre, comme dans le cas de GJ 1132 b. Selon les observations actuelles, environ 30 à 50 % des étoiles ont des super-Terres ou des sous-Neptunes en orbite. Il sera intéressant de voir combien d'autres exoplanètes de la taille de la Terre ou de la super-Terre possèdent également des atmosphères secondaires.

Conclusion : pour la première fois, des scientifiques ont trouvé des preuves d'une atmosphère secondaire sur une exoplanète, créée par le volcanisme sous la surface.

Source : Détection d'une atmosphère sur une exoplanète rocheuse

Via Hubblesite

Via l'ESA